基于h∞滤波的银自给能探测器信号延迟消除方法_2

文档序号:8923643阅读:来源:国知局
利要求1所述的基于H滤波的银自给能探测器信号延迟消除方法,其 特征在于,所述的换档区域设计结构如下:
[0057] 在换档区域内(kfkSh),假设中子通量密度不变,则有:
[0058] n(k+1) =n(k) (15)
[0061] 可以反推出银自给能探测器电流信号为:
[0062] I(k+1) =p(n(k+1) +x: (k+1) +x2 (k+1)) (18)
[0063] 将反推电流(18)当成探测器实际输出电流,通过权利要求1中所述步骤进行延迟 消除;
[0064] 在换档区域时间边界匕处,换档引起的电流偏置量可以由下式进行估算:
[0066] 其中K&)表示在匕时刻的探测器实际输出电流;换档区域外,需要对探测器实际 输出电流进行偏置补偿以抵消换档所带来的影响,将探测器实际输出电流加上式(19)表 示的换档引起的电流偏置量,得到中子通量密度产生的电流信号,然后再对此电流信号进 行延迟消除。
[0067] 本发明具有以下有益效果:
[0068] 1发明整体工序简单,便于实现,能对银自给能中子探测器的电流信号进行延迟消 除处理,并能有效抑制噪声,使得银自给能中子探测器在反应堆瞬态工况时也能正常使用; 本发明基于H滤波器实现,在输入信号的统计特性无法获取时也能正常应用;本发明应 用时将滤波器设计转化为相应线性矩阵不等式计算,方便计算,可以方便地使用Matlab的 LMIToolbox进行求解。
[0069] 2发明解决了核反应堆功率分布在线监测系统所用的堆内银自给能中子探测器信 号的延迟消除问题,利用H滤波器对银自给能中子探测器信号进行延迟消除、平滑、降噪 处理,通过适当选取滤波器参数,能够很好的达到信号延迟消除效果和噪声抑制效果 的最佳平衡。本发明能够保证银自给能探测器电流信号直接用于先进堆芯测量系统后续环 节,而不丧失准确度;
[0070] 3本发明对银自给能中子探测器的电流信号进行延迟消除处理,响应时间即阶跃 通量变化时,信号恢复到稳态电流的90%所需的时间在2~5秒内;
[0071] 4本发明对银自给能中子探测器的电流信号延迟消除过程中,对测量电流信号进 行降噪处理,噪声放大倍数即延迟消除处理后的电流相对误差与噪声之比抑制在1~4 倍;
[0072] 5本发明能有效处理因硬件换挡造成的阶跃对延迟消除效果的影响。
【附图说明】
[0073] 图1为本发明的银自给能中子探测器结构图
[0074] 图2为本发明一个具体实施例的处理流程图;
[0075] 图3为银与热中子核反应图。
[0076] 附图中标记及相应的零部件名称:
[0077] 1-发射极,2-绝缘层,3-收集极,4-导线,5-保护壳,6-绝缘电缆,7-电流线, 8_本底线,9-密封管,10-电流输出端。
【具体实施方式】
[0078] 下面结合实施例及附图,对本发明做进一步地的详细说明,但本发明的实施方式 不限于此。
[0079] 实施例:
[0080] 如图1所示的银自给能中子探测器结构图,其中各个序号的零部件名称对应为: 1 一发射极,2-绝缘层,3-收集极,4-导线,5-保护壳,6-绝缘电缆,7-电流线,8-本底线, 9-密封管,10-电流输出端,该银自给能中子探测器,其特性参数为:A1Q8= =0? 0048s'X11(l=ln2/24. 4s-1= 0? 0284s'p= 0? 09,q= 0? 66,r= 0? 25 ;图 3 为银与 中子核反应原理过程图,对于图3的反应过程中,采用图1的装置进行测量。如图2所示, 基于H滤波消除银自给能探测器信号延迟的方法,包括依次进行的以下步骤:步骤1、建 立银与热中子的核反应模型;步骤2、采用去耦变换建立核反应模型对应的离散状态方程; 步骤3、确定银自给能探测器电流的瞬时响应份额;步骤4、利用Hc-滤波器对银自给能探测 器电流信号作延迟消除。
[0081] 本实施例建立银与热中子的核反应模型的具体实施步骤如下:如图2所示,在反 应堆瞬态工况下,通量的变化引起银自给能中子探测器电流的变化并不同步,后者较前者 有一定的滞后,描述上述反应的具体公式如下:
[0084] I(t) = (109K109 〇 109Ag+107K107 〇 107Ag) (i) (t)
[0085] (3)
[0086] +110K110 入110Ag(t) +108K108 入108Ag(t)
[0087]其中,1(l8Ag(t)表示1(l8Ag的核密度,n°Ag(t)表示n°Ag的核密度,1(l7Ag表示1(l7Ag的 核密度,1(l9Ag表示1(l9Ag的核密度,巾(t)表示探测器处中子通量,1OT〇表示1(l7Ag的中子俘获 截面,1°9〇表示1°1 8的中子俘获截面,1°!^表示1、8的0衰变常数, 11(^表示11°48的0 衰变常数,1OTK表示1OTAg俘获中子后产生电流的概率,1(I9K表示1(l9Ag俘获中子后产生电流的 概率,1(I8K表示1(l8Ag发生0衰变后产生电流的概率,n°K表示n°Ag发生0衰变后产生电流 的概率,I(t)表示SPND电流;
[0088] 步骤2、采用去耦变换获取核反应模型对应的离散状态方程:
[0089] 使用Laplace变换将动态模型化为:
[0092] I(t) =p(x: (t) +x2 (t) +x3 (t)) (6)
[0093] 其中p为瞬时电流份额,q为1^AgU)发生0衰变对应的延迟电流份额,r为 1CI8Ag(t)发生0衰变对应的延迟电流份额;
[0094] 将式⑷、(5)和(6)进行时间离散化处理,并且添加过程噪声项和测量噪声项,可 以得到离散状态方程如下:
[0096] Ik=[ppp]xk+vk (8)
[0097] (i>k= [1 0 0]xk (9)
[0098] 其中& =[夫xfX丨T,wk为过程噪声,vk为测量噪声,Ts为采样时间。
[0099] 初始值为
[0101] 步骤3、确定银自给能探测器电流的瞬时响应份额:
[0102] 在反应堆启动物理实验阶段,通过升/降反应堆功率形成功率台阶,记录相应的 堆外探测器信号实测值与银自给能探测器信号实测值,堆外探测器能够瞬时响应中子通量 的变化,相应的实测值可认为是真实的中子通量,通过调整瞬时响应份额的理论值给定N 个不同的瞬时响应份额预测值,再将堆外探测器信号实测值代入离散状态方程,可以得到N 组银自给能探测器信号理论值,将理论值与银自给能探测器信号实测值进行比较,取其中 符合程度最好的某组理论值相应的瞬时响应份额预测值为后续延迟消除所采用的瞬时响 应份额;
[0103] 步骤4、利用H 滤波器对银自给能探测器电流信号作延迟消除:
[0104] 对于一个离散控制过程系统,该系统可用一个状态方程来描述:
[0105] x(k+l) =Ax(k)+Bw(k)
[0106] y(k) =Cx(k)+Dw(k) (11)
[0107] z(k) =Lx(k)
[0108] 其中,x(k)为第k次采样点的n维状态向量,w(k)包含了系统过程噪声以及系统 观测白噪声,y(k)为第k次采样点的测量值,z(k)为1维待求向量,L为l*n维矩阵; [0109] 假定系统是渐近稳定的,则对给定的常数y>0,要求设计一个渐近稳定的满阶线 性滤波器
[0111]系统存在一个H滤波器,当且仅当以下的线性矩阵不等式成立
[0113] 其中Y、Z为待求解的对称正定矩阵,而Q、G、F为待求解的一般矩阵;
[0114] 得到上述矩阵后,H滤波器的相关矩阵表示如下:
[0115] Af =-Y_1Q(I-Y_1Z)_1,Bf =-Y_1F,Cf =G(I-Y_1Z)(14)
[0116] 对于银自给能探测器,由其离散状态方程可知方程(11)中的对应矩阵为:
[0119] C = [ppp]
[0120] D = [0 1]
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